Caracterização acústica de salas de ensaio - estudo de casos

C

ARACTERIZAÇÃO ACÚSTICA DE

SALAS DE ENSAIO

-

E

STUDO DE CASOS

A

J

A

P

Dissertação submetida para satisfação parcial dos requisitos do grau de MESTRE EM ENGENHARIA CIVIL —ESPECIALIZAÇÃO EM CONSTRUÇÕES

Orientador: Professor António Pedro Oliveira de Carvalho

Tel. +351-22-508 1901 Fax +351-22-508 1446

 miec@fe.up.pt

Editado por

FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO Rua Dr. Roberto Frias

4200-465 PORTO Portugal Tel. +351-22-508 1400 Fax +351-22-508 1440  feup@fe.up.pt  http://www.fe.up.pt

Reproduções parciais deste documento serão autorizadas na condição que seja mencionado o Autor e feita referência a Mestrado Integrado em Engenharia Civil - 2009/2010 - Departamento de Engenharia Civil, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Porto, Portugal, 2010.

As opiniões e informações incluídas neste documento representam unicamente o ponto de vista do respectivo Autor, não podendo o Editor aceitar qualquer responsabilidade legal ou outra em relação a erros ou omissões que possam existir.

Este documento foi produzido a partir de versão electrónica fornecida pelo respectivo Autor.

A meus Pais e Irmão, por tudo.

“Grandes resultados requerem grandes ambições." Heráclito

AGRADECIMENTOS

Ao concluir o presente trabalho, gostaria de manifestar a minha gratidão a todos os que contribuíram para a sua realização, não podendo deixar de salientar as pessoas que tiveram um papel essencial na sua concretização.

Ao Professor António Pedro Oliveira de Carvalho gostaria de agradecer a disponibilidade, ajuda, interesse sempre manifestados na orientação deste trabalho, sendo para mim um grande privilégio. Ao maestro e músicos da Banda de Música dos Mineiros do Pejão que prontamente se disponibilizaram, tornando mais fácil a caracterização dos dados acústicos da sala respectiva.

Aos músicos que ensaiam no Centro Comercial STOP, nomeadamente ao Arquitecto Nuno, por toda a disponibilidade e interesse revelados no decorrer desta dissertação.

Um agradecimento especial ao Engenheiro António Eduardo Batista da Costa, pela contribuição na realização dos ensaios nas salas de ensaio, da Banda de Música dos Mineiros do Pejão e do Centro Comercial STOP, e pelas críticas e dicas, sempre construtivas e motivadoras, durante a realização deste trabalho.

À Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto pelos recursos disponíveis, ao longo deste percurso.

A todos os amigos, especialmente do 3.6, da faculdade e Sr. Paulo o agradecimento por transformarem alguns momentos difíceis, em momentos de dedicação e de alegria e por terem tornado este longo caminho mais fácil de ultrapassar.

Aos meus Pais, Irmão e à Ana, não podia de deixar de demonstrar o meu mais sincero agradecimento por estarem sempre ao meu lado e por me apoiarem incondicionalmente em todas as decisões e fases da minha vida.

RESUMO

O presente trabalho tem por objectivo analisar a qualidade acústica de salas de ensaio para música, usando dois casos particulares de estudo: A sala de ensaio da Banda de Música do Mineiros do Pejão e as salas de ensaio do Centro Comercial STOP.

As principais características acústicas analisadas neste trabalho são o tempo de reverberação, o ruído de fundo, o isolamento sonoro entre espaços (quer a nível de ruídos aéreos quer a nível de ruídos de percussão) e incomodidade para vizinhos.

O tempo de reverberação é uma característica importante a ter em conta em salas para música, visto que as peças musicais soam habitualmente melhor em ambientes minimamente reverberados. Todas as salas estudadas são caracterizadas recorrendo a este parâmetro.

A avaliação da incomodidade, em relação ao ruído de fundo provocado por equipamentos, pode ser feita a partir de curvas NC (Noise Criterion). É importante controlar este parâmetro para evitar o ruído excessivo na sala e, assim, possibilitar uma melhor concentração aos executantes musicais, bem como diminuir a intensidade sonora, quando haja necessidade de comunicação entre os mesmos.

A incomodidade sonora para vizinhos aborda-se de acordo com o artigo 13º do RGR 2007. O cumprimento deste regulamento é verificado através da diferença entre o valor indicador do ruído ambiente, durante a ocorrência do ruído proveniente das salas em estudo (LAeq particular) e o valor indicador de ruído residual no local de estudo (LAeq residual).

No que respeita a transmissões sonoras entre espaços, quer interiores quer exteriores, é objectivo reduzi-las ao máximo, usando, sempre que possível, soluções de baixo custo. Com esta medida, baixar-se-á os ruídos intrusos nas salas de ensaio provocado por locais adjacentes, aumentando a sua qualidade sonora, bem como a concentração dos executantes e diminuir-se-á o ruído para exterior. Numa primeira fase, são analisados problemas interiores de salas de ensaio para música, fazendo um estudo de caso (Sala de Ensaio da Banda de Música dos Mineiros do Pejão, em Pedorido). Esta análise tem como objectivo identificar as qualidades mínimas de uma sala para este fim e verificar a presença destas para o caso em estudo.

A segunda análise está relacionada com o isolamento existente nas salas de ensaio no Centro Comercial STOP do Porto. O objectivo principal é tornar as salas de ensaio o mais isoladas possível, quer a ruídos de percussão quer a ruídos de condução aérea, propondo algumas soluções para corrigir os actuais isolamentos verificados nas salas em estudo.

Todos os parâmetros acústicos analisados serão comparados com valores ideais, tentando sempre que necessário, responder aos requisitos das legislações em vigor, melhorando assim as condições de ensaio, bem como as condições acústicas nas imediações dos casos de estudo.

PALAVRAS-CHAVE: Salas de ensaio, tempo de reverberação, incomodidade, ruído de fundo, isolamento sonoro, música.

ABSTRACT

The purpose of this work is to analyze the acoustic quality in music rehearsal rooms, using two particular cases of study: the rehearsal room of the Music Band of the Mineiros do Pejão and rehearsal rooms of STOP Shopping Center.

The main acoustic features analyzed in this work are the reverberation time, the background noise, the sound isolation between spaces (both in terms of air and percussion noises) and the discomfort for the neighbors.

The reverberation time is a main feature to take into account in music rooms, as musical pieces generally sound better in minimally reverberated environments. Every room studied is characterized according to this parameter.

Discomfort regarding background noise caused by equipments can be assessed from NC curves (Noise Criterion). It is important to control this parameter in order to avoid the excessive noise in the room and therefore enable music performers to concentrate better as well as to diminish sound intensity in case they need to communicate.

Noise created by neighbors must comply with article 13th of the Portuguese General Regulation on Noise 2007. Compliance with this regulation is measured by the difference between the ambient noise level, including the noise from the study rooms, measured at the assessment location (LAeq ambient) and the noise level measured in the absence of the noise from the study rooms (LAeq residual).

Regarding sound transmission both in inner and outer spaces, the purpose is to reduce them as much as possible, using low cost solutions whenever possible. This measure will reduce intruding noises produced in surrounding places within the rehearsal rooms, thus increasing the sound quality and performers’ attention and diminishing the noise to the outside.

At an earlier stage, problems within music rehearsal rooms will be analyzed using a case study (rehearsal room of the Music Band of Mineiros do Pejão, Pedorido). The purpose of this analysis is to define the minimum qualities of rehearsal rooms to be used for rehearsal purposes and to check whether the Case Study meets the minimum qualities mentioned above. In case they do not meet the qualities, an acoustic solution of the room will be proposed.

The second analysis is related with the isolation in rehearsal rooms in STOP Shopping Centre, Oporto. The main goal is to make rehearsal rooms as isolated as possible, both to percussion and air noises and to propose some solutions to correct the current isolation verified in the rehearsal rooms studied. It will therefore be possible to reduce the noise produced by the Shopping Centre STOP which has been the cause of the discomfort of the neighbors.

All acoustic parameters analyzed will be compared with target values trying, whenever possible, to meet the legislation requirements, improving the rehearsal conditions as well as the acoustic conditions in the surroundings of the study cases.

KEYWORS: Rehearsal rooms, reverberation time, discomfort, background noise, sound insulation, music.

ÍNDICE GERAL AGRADECIMENTOS... i RESUMO ... iii ABSTRACT ... v

1. INTRODUÇÃO

2. Conceitos Acústicos

2.2.2.MATERIAIS POROSOS E FIBROSOS ... 9

2.2.3.RESSOADORES ... 10

2.2.4.MEMBRANAS ... 13

2.3.TEMPO DE REVERBERAÇÃO ... 14

2.4.REFLEXÕES E GEOMETRIA DO ESPAÇO ... 17

2.5.RUÍDO DE FUNDO E INCOMODIDADE ... 18

2.6.ISOLAMENTO SONORO ... 20

2.6.1.CARACTERIZAÇÃO DE SITUAÇÕES ... 20

2.6.2.ISOLAMENTO SONORO A RUÍDOS DE CONDUÇÃO AÉREA ... 21

2.6.3.ISOLAMENTO SONORO A RUÍDOS DE PERCUSSÃO ... 23

3. Acústica de Salas de Ensaio

4. Caracterização dos Casos em Estudo

4.1.SALA DE ENSAIO DA BANDA DE MÚSICA DOS MINEIROS DO PEJÃO ... 35

4.1.1.IMPORTÂNCIA SOCIOCULTURAL ... 35

4.1.2.NOTA HISTÓRICA ... 36

4.2.CENTRO COMERCIAL ... 41

4.2.1.IMPORTÂNCIA SOCIOCULTURAL ... 41

4.2.2.NOTA HISTÓRICA ... 43

4.2.3.DESCRIÇÃO ... 44

5. Resultados

5.1.SALA DE ENSAIO DA BANDA DE MÚSICA DOS MINEIROS DE PEJÃO ... 49

5.1.1.OBJECTIVO ... 49

5.1.2.TEMPO DE REVERBERAÇÃO ... 49

5.1.2.1. Generalidades ... 49

5.1.2.2. TR estimado (antes da reabilitação) ... 50

5.1.2.3. Descrição do ensaio ... 51

5.1.2.4. Resultado dos ensaios ... 53

5.1.2.5. Comparação entre o TR estimado e o TR medido (com os instrumentos de membrana tapados) ... 56

5.1.3.RUÍDO DE FUNDO ... 57

5.1.3.1. Generalidades ... 57

5.1.3.2. Descrição do ensaio ... 58

5.1.3.3. Ruído de fundo no exterior da sala de ensaio da B.M.M.P. ... 60

5.1.3.4. Ruído de fundo no interior da sala de ensaio da B.M.M.P. ... 60

5.1.3.5. Comparação do ruído de fundo no exterior e no interior da sala de ensaio da B.M.M.P. ... 61

5.1.3.6. Análise subjectiva da sala de ensaio da B.M.M.P. ... 64

5.2.CENTRO COMERCIAL STOP... 66

5.2.1.OBJECTIVO ... 66

5.2.2.TEMPO DE REVERBERAÇÃO ... 67

5.2.2.1. Generalidades ... 67

5.2.2.2. Descrição do ensaio ... 68

5.2.2.3. Tempo de reverberação (sala 221) ... 68

5.2.2.4. Tempo de reverberação (sala 318) ... 70

5.2.2.5. Tempo de reverberação (sala 319) ... 71

5.2.2.6. Comparação do tempo de reverberação para as salas 221, 318 e 319.... 72

5.2.3.1. Generalidades ... 75

5.2.3.2. Descrição do ensaio... 75

5.2.3.3. Ruído de fundo no interior da sala 319 ... 76

5.2.4.ISOLAMENTO SONORO NO CENTRO COMERCIAL STOP ... 78

5.2.4.1. Generalidades ... 78

5.2.4.2. Descrição dos ensaios ... 78

5.2.4.3. Isolamento sonoro a ruídos de condução aérea ... 81

5.2.4.4. Isolamento sonoro a ruídos de percussão ... 84

5.2.4.5. Isolamento sonoro a ruídos de condução aérea (exterior) e Incomodidade para vizinhos ... 87

6. LEGISLAÇÃO E VALORES IDEAIS

6.1.OBJECTIVO ... 89

6.2.TEMPO DE REVERBERAÇÃO TR ... 89

6.3.ISOLAMENTO SONORO A RUÍDOS DE CONDUÇÃO AÉREA ... 91

6.4.ISOLAMENTO SONORO A RUÍDOS DE PERCUSSÃO ... 93

6.5.ISOLAMENTO SONORO A RUÍDOS DE CONDUÇÃO AÉREA (PAREDE EXTERIOR) ... 93

6.6.INCOMODIDADE PARA VIZINHOS ... 94

6.7.RESUMO DOS VALORES PROPOSTOS ... 95

7. SOLUÇÕES PROPOSTAS

7.1.OBJECTIVO ... 97

7.2.CORRECÇÃO ACÚSTICA ... 97

7.3.ISOLAMENTO SONORO ... 99

8. CONCLUSÕES E DESENVOLVIMENTOS FUTUROS

8.1.CONCLUSÕES ... 109

8.2.PISTAS PARA DESENVOLVIMENTOS FUTUROS ... 112

ÍNDICE DE FIGURAS

Fig. 2.1 - Propagação do som (analogia 2D) [1] ... 3

Fig. 2.2 - Inter-relação entre potência (W), pressão (p) e intensidade (I) [3] ... 4

Fig. 2.3 - Comparação de valores de pressão sonora em Pascal com valores de nível de pressão sonora em decibel (dB) [adaptado de 4] ... 5

Fig. 2.4- Representação do fenómeno da absorção, reflexão e transmissão a que “raio” de energia sonora está sujeito, quando atravessa três meios diferentes, o ar e dois materiais constituintes de um elemento construtivo [4] ... 8

Fig. 2.5 - Comportamento em frequência dos três tipos de materiais e sistemas absorventes. [3] ... 8

Fig. 2.6 - Características de absorção sonora de alcatifas sobre feltro, aumentando a espessura de 1 para 2 ... 9

Fig. 2.7 - Esquema básico de um ressoador. (Esquema do autor) ...10

Fig. 2.8 - Sistema mecânico massa/mola [Adaptado de 44] ...10

Fig. 2.10 - Eficácia de ressoadores sem material absorvente (a) e com material absorvente (b) no interior. [9] ...11

Fig. 2.11 - Esquema da aplicação de ressoadores agrupados em tectos falsos e paredes do The Times Center. (Architects: Renzo Piano Building Workshop. Acoustician: JaffeHolden Acoustics, Norwalk, CT. Photos courtesy of n’H Akustik + Design AG and RPG Diffusor Systems, Inc) [7] 11 Fig. 2.9 - Ressoador com material absorvente sonoro no interior. [4] ...11

Fig. 2.12 - Valores de coeficientes de absorção sonora típicos para diferentes profundidades da caixa-de-ar e dimensões dos orifícios [7] ...12

Fig. 2.13 - Funcionamento de uma membrana ou painel ressonante. [8] ...13

Fig. 2.14 - Características de absorção sonora de painéis ressonantes de madeira [6] ...14

Fig. 2.15 - Definição de Tempo de Reverberação (TR), valor teórico (esquerda) e obtido por extrapolação declive (direita) [3] ...14

Fig. 2.16 - Tempos de reverberação de ideias em função do uso (p/500, 1000 Hz) [Cavanaugh, 1999] [3] ...16

Fig. 2.17 - Tempo de reverberação ideal numa sala para música para as diferentes frequências [6] ..16

Fig. 2.18 - Exemplo de uma onda reflectida ao incidir numa parede e rígida. [43] ...17

Fig. 2.19 - Propagação de um som considerando som directo, primeiras reflexões e som reverberante [2] ...17

Fig. 2. 20 - Crescimento do nível sonoro provocado pela existência de reflexões indesejáveis [4] ...18

Fig. 2. 21 - Algumas fontes de ruído de fundo existente num edifício comum [43] ...18

Fig. 2. 22 - Descrição das Curvas NC (esquerda) [10] e NR (direita) [11] ...19

Fig. 2. 23 - Diversas situações de transmissão de ruídos aéreos (esq.) e de percussão (dir.) [9] ...21

Fig. 2. 24 - Transmissões por via directa (TD) e por via marginal (TM). [43] ...21

Fig. 2. 25 - Esquemas básicos de funcionamento do isolamento sonoro a ruídos de condução aérea (aumento da massa e duplicação do elemento) [3] ...21

Fig. 2. 26 - Curva de valores de referência para ruídos de condução aérea (para o cálculo de DnT,w e

D2m,nT,w) [3] ... 23

Fig. 2. 27 - Situação específica de criação de ruídos de percussão. [43] ... 24

Fig. 2. 28 - Esquema de funcionamento do isolamento sonoro a ruídos de percussão [3] ... 24

Fig. 2. 29 - Curva de valores de referência para ruídos de percussão (para o cálculo de L'nT,w) [3] .. 25

Fig. 3. 1 - Exemplo de patamares (risers) para grupos corais [54] ... 28

Fig. 3. 2 - Sala de ensaio do caso 1, vista do maestro [55] ... 28

Fig. 3. 3 - Sala de ensaio do caso 2, vista do maestro [55] ... 29

Fig. 3. 4 - Painéis perfurados existentes no tecto que foram pintados posteriormente [55] ... 29

Fig. 3. 5 - Sala de ensaio do caso 3, vista do maestro [55] ... 30

Fig. 3. 6 - Pormenor das caixas colocadas á volta da sala para baixar tempo de reverberação [55] ... 30

Fig. 3. 7 - Planta dos estúdios MTech A, B e C [56] ... 32

Fig. 3. 8 – a) Esquema dos apoios (Super W pads) evitando o contacto do piso com os elementos estruturais; b) colocação dos apoios (Super W pads) no piso do estúdio [56] ... 32

Fig. 3. 9 - Isolamento sonoro das paredes com elementos á base de lã de rocha [56] ... 33

Fig. 3. 10 - Isolamento sonoro do tecto com tectos falsos [56] ... 33

Fig. 3. 11 - Aspecto final dos estúdios de gravação da MTech [56] ... 34

Fig. 4.1 - Localização da sala de ensaio da B.M.M.P. [46] ... 38

Fig. 4. 2 - Casa de ensaio da Banda de Música dos Mineiros do Pejão. [Foto do autor] ... 39

Fig. 4. 3 - Planta da sala de ensaio da B.M.M.P. antes (a) e depois da reabilitação (b). [Planta do autor] ... 40

Fig. 4. 4 - Corte exemplificativo dos patamares construídos na reabilitação da sala de ensaio da B.M.M.P. [Corte do autor]... 40

Fig. 4. 5 - Sala de ensaio da B.M.M.P. após a reabilitação, onde se podem observar os novos patamares construídos, vista do maestro [Foto do autor] ... 40

Fig. 4. 6 - Sala de ensaio da B.M.M.P. após a reabilitação vista dos patamares da percussão. [Foto do autor] ... 41

Fig. 4. 7 - Edifício ao lado do stand da Chrysler em Ramalde, com espaços utilizados como salas de ensaio como no C.C. STOP. [Foto do autor]... 42

Fig. 4. 8 - Galerias Sirius na rua 5 de Outubro, junto á Casa da Música, com espaços utilizados como salas de ensaio como no C.C: STOP. [Foto do autor] ... 42

Fig. 4. 9 - Estádio 1º de Maio em Braga [58] ... 43

Fig. 4. 10 - Fachada exterior do Centro Comercial STOP, Porto [25]. ... 45

Fig. 4. 11 - Localização do C.C. STOP, Porto [46]. ... 45

Fig. 4. 12 - Centro Comercial STOP - Planta dos pisos 2 e 3, representando com “

x

Fig. 4. 13 - Espuma Aglomex (a) [21] e fibra de coco (b). [22] ...46 Fig. 4. 14 - C.C. STOP - Sala 319, onde se vê caixas de ovos (a), fibra de coco e espuma Aglomex (b) nas paredes, bem como o aglomerado composto de cortiça (2 mm) pintando no tecto (a) e a alcatifa no pavimento (b). [Fotos do autor] ...47 Fig. 4. 15 - C.C. STOP - Sala 318, onde se verifica a colocação de caixas de ovos e betão á vista nas paredes (b), bem como alcatifa no pavimento (a). [Fotos do autor] ...47 Fig. 4. 16 - C.C. STOP - Sala 221, onde se pode observar o gesso cartonado na parede (a) e a alcatifa colocada no pavimento (b). [Fotos do autor] ...47 Fig. 4. 17 - C.C. STOP - Fachada das 319 (lilás) e sala 318 (amarelo) para o corredor, onde se podem observar as grelhas. [Foto do autor] ...48 Fig. 4. 18 - C.C. STOP - Fachada da sala 221 para o corredor, onde se podem observar as grelhas. ...48 Fig. 5. 1 - Localização dos três pontos para avaliação do TR na sala de ensaio da B.M.M.P.. [Planta do autor] ...52 Fig. 5. 2 - Sonómetro da marca Brüel & Kjaer mod. 2260 [Foto do autor] ...52 Fig. 5. 3 - Fonte emissora da marca Brüel & Kjaer mod. 4224 [Foto de autor] ...53 Fig. 5. 4 - Bombo destapado (a) e bombo tapado (b), com o objectivo de parar as vibrações das membranas. [Foto do autor] ...53 Fig. 5. 5 - Valores do tempo de reverberação medidos na sala de ensaio da B.M.M.P após a reabilitação estar concluída, com instrumentos de membrana destapados. ...54 Fig. 5. 6 - Valores do tempo de reverberação medidos na sala de ensaio da B.M.M.P após a reabilitação estar concluída, com instrumentos de membrana tapados. ...55 Fig. 5. 7 - Comparação do TR médios na sala de ensaios da B.M.M.P. com e sem membranas destapadas. ...55 Fig. 5. 8 - Valores dos tempos re reverberação por frequência, estimado (antes da reabilitação) e medido (após a reabilitação). ...56 Fig. 5. 9 - Valores dos tempos de reverberação médios (TR[500/1k/2k]) da sala, estimado (antes da reabilitação) e medido (após a reabilitação). ...57 Fig. 5. 10 - Localização dos pontos ensaiados para avaliação do LI do ruído de fundo no interior (A, B e C) e no exterior (1, 2 e 3). [Planta do autor] ...58 Fig. 5. 11 - Medição do L do ruído de fundo no ponto 1. [Foto do autor]...59 Fig. 5. 12 - Medição do L do ruído de fundo no ponto B. [Foto do autor] ...59 Fig. 5. 13 - Níveis de pressão sonora (Leq) no interior e no exterior da sala de ensaio da B.M.M.P .. 61 Fig. 5. 14 - Níveis de pressão sonora (LAeq) no interior e no exterior da sala de ensaio da B.M.M.P.62 Fig. 5. 15 - Diferenças dos níveis de pressão sonora (∆L) do exterior para o interior da sala de ensaio da B.M.M.P. ... 63 Fig. 5. 16 - Valores de alguns níveis de pressão sonora em situações correntes [19] ...64

Fig. 5. 17 - Tempos de reverberação médios (TR[500/1k]) em função do volume (cu ft) sugeridos para estúdios de música, onde a área a sombreado é uma zona de compromisso para estúdios de música e voz em simultâneo [4]. ... 67 Fig. 5. 18 - C.C. STOP – Mapa de pontos de medição do TR nas salas 221, 318 e 319. [Planta do autor] ... 68 Fig. 5. 19 - Superfícies em gesso cartonado, que conferem á sala 221 características reflectoras. [Foto do autor] ... 69 Fig. 5. 20 - Tempos de reverberação médios (s) medidos na sala de ensaio 221, do centro comercial STOP. ... 69 Fig. 5. 21 - Superfícies com caixas de ovos, que conferem á sala 318 características mais absorventes que a sala 221. [Foto do autor] ... 70 Fig. 5. 22 - Tempos de reverberação médios (s) medidos na sala de ensaio 318, do centro comercial STOP. ... 71 Fig. 5. 23 - Superfícies com espuma Aglomex e fibra de coco, que conferem á sala 319 características mais absorventes que a sala 318. [Foto do autor] ... 71 Fig. 5. 24 - Tempos de reverberação médios (s) medidos na sala de ensaio 319, do centro comercial STOP. ... 72 Fig. 5. 25 - Tempos de reverberação médios (s) medidos nas salas de ensaio 221, 318 e 319, do centro comercial STOP ... 73 Fig. 5. 26 - Tempos de reverberação (s) nas salas de ensaio 221, 318 e 319, do centro comercial STOP. ... 73 Fig. 5. 27 - Tempos de reverberação ideais em função do volume da sala (cu ft). [Adaptado de 4] ... 74 Fig.5 . 28 - Comparação entre os valores ideias [adaptado de 4] e os valores reais de TR para as salas estudadas no C.C. STOP ... 75 Fig. 5. 29 - Localização dos pontos para quantificar os níveis de pressão sonora do ruído de fundo na sala 319 do C.C. STOP. ... 76 Fig. 5. 30 - Níveis de pressão sonora medidos nas curvas NR [36] (a) e NC [35] (b) ... 77 Fig. 5. 31 - Mapa de pontos de medição do isolamento sonoro entre as salas 318 -319 e corredor-318, para as diferentes posições da fonte sonora (A e B). [Planta do autor] ... 79 Fig. 5. 32 - Mapa de medições dos níveis de pressão sonora para a sala receptora (sala 221). [Planta do autor] ... 80 Fig. 5. 33 - Máquina de impactos normalizada nos três diferentes pisos da sala 319. ... 80 Fig. 5. 34 - C.C. STOP – Medição do nível de pressão sonora na sala 319 (emissora), para se obter o DnT,w da parede divisória (parede representada na fotografia). [Foto do autor] ... 81 Fig. 5. 35 - C.C. STOP – Medição do nível de pressão sonora no corredor, para se calcular o isolamento sonoro da divisória de caixilharia existente. [Foto do autor] ... 82 Fig. 5. 36 - C.C. STOP - Pormenor das grelhas existentes nas portas da caixilharia para o corredor. [Foto do autor] ... 82

Fig. 5. 37 - C.C. STOP - Isolamento sonoro a ruídos de percussão por banda de 1/3 oitava, para os três diferentes tipos de revestimento do piso da sala 319 ...86 Fig. 5. 38 - C.C: STOP - Isolamento sonoro a ruídos de percussão para os três diferentes tipos de revestimento do piso da sala 319 ...86 Fig. 6. 1 - PDM do Porto, onde se verifica que o C.C: STOP está numa zona mista e na fronteira com uma zona sensível. [27] ...94 Fig. 7. 1 - Painéis difusores convexos Tipo ll a colocar na sala de ensaio da B.M.M.P. [32] ...98 Fig. 7. 2 - Modo de funcionamento da solução proposta anteriormente, painéis difusores/absorventes [32] ...99 Fig. 7. 3 - Exemplo de duas salas de ensaio que utilizam painéis difusores/absorventes [32] ...99 Fig. 7. 4 - Possível solução de gesso cartonado e lã de rocha para um elemento a funcionar em conjunto com a parede já existente [30] ...101 Fig. 7. 5 - Possível solução em gesso cartonado e lã de rocha para o novo elemento sozinho [30] ..101 Fig. 7.6 - Porta modelo SILENTIUM PM 43RE – Proposta de solução para as entradas das salas do C.C. STOP [31]. ...102 Fig. 7. 7 - Situação actual com salas separadas do exterior apenas por uma caixilharia em alumínio [Planta fornecida por um músico do C.C. STOP] ... 103 Fig. 7. 8 - Solução proposta para colmatar os problemas de isolamento sonoro da fachada para o exterior [Alterações do autor]. ...104 Fig. 7. 9 - Porta modelo SILENTIUM PM 43CF – Proposta de solução para as portas de acesso ao novo corredor. [31] ...104 Fig. 7. 10 - Aspecto final e esquema da solução (sistema A.062 da EXTRUSAL) proposta para a fachada exterior do C.C. STOP [51] ...105 Fig. 7. 11 - Aspecto final da solução proposta para os tectos (modelo ARTIC da ROCKFON), para ajudar a colmatar os ruídos de percussão e melhorar a absorção e estética das salas do C.C: STOP [59] ... 106 Fig. 7. 12 – Painel difusor e absorvente SQUARYDIFFUSOR da JOCAVI, para colocar nas paredes interiores das salas de ensaio do C.C. STOP [50]. ... 107

ÍNDICE DE QUADROS (OU TABELAS)

Quadro 2. 1 - Potência máxima ao ar livre, a uma distância de 3 m. [2] ... 4 Quadro 2. 2 - Níveis de intensidade (Li) de alguns sons relacionados com a música [2] ... 6 Quadro 2. 3 - Relação entre o isolamento sonoro efectivo de um elemento de separação e as condições de audibilidade no compartimento receptor [adaptado de 6 e 3] ... 22

Quadro 4. 1 - Características da sala de ensaio da Banda de Música dos Mineiros dos Pejão, antes e após a reabilitação. ... 39 Quadro 4. 2 - Características das salas de ensaio estudadas no centro comercial STOP (Porto), salas 319, 318 e 221 ... 46

Quadro 5. 1 - Coeficientes de absorção (α) sonora característicos dos elementos confinantes da sala de ensaio da B.M.M.P ... 50 Quadro 5. 2 - Absorções sonoras (m2) das superfícies para cada frequência e os tempos de reverberação estimados para a sala de ensaio da B.M.M.P antes da reabilitação ... 51 Quadro 5. 3 - Valores do tempo de reverberação (s) medidos na sala de ensaio da B.M.M.P após a reabilitação estar concluída, com instrumentos de membrana destapados ... 54 Quadro 5. 4 - Valores do tempo de reverberação medidos (s) na sala de ensaio da B.M.M.P após a reabilitação estar concluída, com instrumentos de membrana tapados ... 54 Quadro 5. 5 - Níveis de pressão sonora (Leq) medidos no exterior da sala de ensaio devido ao ruído

de fundo ... 60 Quadro 5. 6 - Níveis de pressão sonora com filtro A (LAeq), medidos no exterior da sala de ensaio,

devido ao ruído de fundo ... 60 Quadro 5. 7 - Níveis de pressão sonora (Leq) medidos no interior da sala de ensaio, devido ao ruído de fundo ... 60 Quadro 5. 8 - Níveis de pressão sonora (LAeq), medidos no interior da sala de ensaio, devido ao ruído

de fundo ... 61 Quadro 5. 9 - Valores médios dos níveis de pressão sonora (Leq) do ruído de fundo no exterior e no interior da sala de ensaio ... 61 Quadro 5. 10 - Valores médios dos níveis de pressão sonora (LAeq) do ruído de fundo no exterior e no

interior da sala de ensaio ... 62 Quadro 5. 11 - Resultados do inquérito realizado aos músicos e maestro da B.M.M.P ... 65 Quadro 5. 12 - Valores do tempo de reverberação (s) medidos na sala de ensaio 221, do centro comercial STOP ... 69

Quadro 6. 1 - Valor do tempo de reverberação (s) e incerteza (l) associada, para a analogia de salas de aula com salas de ensaio para música, com base no R.R.A.E., Decreto de Lei n.º 96/2008. ... 90

Quadro 6. 2 - Valores do tempo de reverberação para salas para música adoptadas noutras regulamentações internacionais ...91 Quadro 6. 3 - Valores do R.R.A.E., Decreto de Lei n.º 96/2008 para o índice de isolamento sonoro a ruídos de condução aérea, DnT,w (dB) ...91

Quadro 6. 4 - Valores da regulamentação nacional (R.R.A.E.) e internacional (BB93), para o índice de isolamento sonoro a ruídos de condução aérea ...92 Quadro 6. 5 - Valores da regulamentação nacional (R.R.A.E) e internacional (BB93), para o índice de isolamento sonoro a ruídos de percussão. ...93 Quadro 6. 6 - Quadro resumo dos valores propostos para o TR e isolamentos sonoros nos casos de estudo ...95 Quadro 7. 1 - Quadro resumo dos valores obtidos nos ensaios e os valores ideais/aconselhados propostos no capítulo 6. ...100 Quadro 7. 2 - Eficiência das soluções propostas para melhoria do isolamento a ruídos de condução aérea ...101 Quadro 7. 3 - Coeficientes de absorção sonora das soluções propostas para o tecto [31] e para as paredes [50] das salas do C.C. STOP ...107 Quadro 7. 4 - Absorções sonoras (m2) das superfícies depois da aplicação das soluções propostas e respectivos tempos de reverberação (s) para a sala 319 do C.C. STOP. ...108

Quadro 8.1 - Quadro resumo dos valores medidos na sala de ensaio da B.M.M.P. ...109 Quadro 8.2 - Quadro resumo dos valores existentes, os ideais/aconselhados e possivelmente atingidos com as soluções propostas, para as salas de ensaio do C.C: STOP. ... 111

SÍMBOLOS E ABREVIATURAS

B&K – Brüel & Kjaer c – Celeridade (m/s) D – Som directo E – Emissor

I – Intensidade Sonora (W/m²)

I0 – Intensidade Sonora de referência (10 -12

W/m²) LA – Nível pressão sonora (dBA)

Lp – Nível de pressão sonora (dB) LI – Nível de intensidade sonora (dB) Lw – Nível de potência sonora (dB)

Leq – Nível sonoro contínuo equivalente, (dB)

LAeq – Nível sonoro contínuo equivalente, ponderado A (dB)

∆L – Variação do nível sonoro NC – Noise Criterion

NR – Noise Rating p – Pressão (Pa)

p0 – Pressão de referência (20 × 10-6 Pa)

R – Receptor r – Distância à fonte (m) RF – Ruído de Fundo (dB) S – Área (m²) T – Temperatura do ar (K) TR – Tempo de Reverberação (s)

TR [500/1k] – Tempo de reverberação médio nas frequências 500 Hz e 1000 Hz

TR [500/1k/2k] – Tempo de reverberação médio nas frequências 500 Hz, 1000 Hz e 2000Hz

V - Volume (m3)

W – Potência Sonora (W)

W0 – Potência Sonora de referência (10 -12

W) α – Coeficiente de absorção sonora

ρ – Massa volúmica do ar F.C. – Factor de correcção

C. C. STOP – Centro Comercial STOP, Porto

B.M.M.P. – Banda de Música dos Mineiros do Pejão, Pedorido – Castelo de Paiva R.R.A.E. – Regulamento dos Requisitos Acústicos dos Edifícios

1

INTRODUÇÃO

1.1. ENQUADRAMENTO E OBJECTIVOS

Diariamente todos os seres humanos estão expostos a diferentes tipos de ruído no trabalho, na rua e até em casa, sendo muitos destes nocivos à saúde física e até emocional de cada um de nós.

Pensando em todas estas problemáticas, a acústica, como ciência que estuda o som, tem vindo a ganhar grande relevo nas sociedades actuais, contribuindo para uma melhoria geral das condições de vida da maioria das pessoas. No entanto, por desconhecimento ou por negligência dos construtores são frequentes as más práticas a este nível, revelando-se tanto mais graves quanto maior é a exigência de desempenho dos espaços em questão.

Tal como em obras de grande importância dedicadas à música, também nas de pequena envergadura é importante existir um estudo acústico, adequando o espaço para a utilidade que se deseja.

Em Portugal existe uma mentalidade que desvaloriza a contribuição de técnicos acústicos qualificados na fase de projecto, com o objectivo de antever e evitar problemas, tanto a nível da qualidade do som interior bem como na do isolamento sonoro dos edifícios.

Esta cultura leva a que cada vez mais seja necessário intervir numa óptica de recuperação/reabilitação de um espaço e não da construção de raíz de edifícios já munidos das qualidades necessárias para os fins a que se destinam, o que evitaria gastos tão avultados na aplicação das soluções necessárias. Por vezes, passa-se um fenómeno diferente ao anteriormente descrito, que é o facto de os edifícios mudarem a sua utilização tipo durante a sua vida útil, levando a uma mudança nas suas características como acontece nos dois casos em estudo neste trabalho.

Um espaço arquitectónico deve cumprir uma função que, na grande maioria é inseparável das características acústicas. Salas de concerto, ensaio, teatros, igrejas ou cinemas têm aspectos acústicos próprios. Assim, se uma sala projectada para a música for demasiado “seca”, será frustrante para os músicos.

Para alcançar estes objectivos, é importante perceber até que ponto o edificado pode condicionar possíveis correcções e, assim, propor soluções a utilizar, com o objectivo de criar espaços para a música, criando em todos os intervenientes no projecto a mentalidade de “escutar o edifício em si”, não sobrepondo as características arquitectónicas a muitas outras nomeadamente a acústica.

Assim, pretende-se com este estudo compreender o funcionamento mais aprofundado do comportamento acústico de salas de ensaio e adaptar, acusticamente, dois edifícios que sofreram alterações na sua utilização-tipo, ao longo da sua vida útil.

No caso do centro comercial STOP no Porto existiu a necessidade de adaptar um edifício construído inicialmente para o comércio, para um edifício usado maioritariamente para salas de ensaio de bandas de diferentes estilos musicais. Esta alteração de utilidade do edifício aumentou em grande escala o ruído por ele produzido, levando à incomodidade dos habitantes das redondezas.

Com a correcção acústica da sala de ensaio da Banda de Música dos Mineiros do Pejão em Castelo de Paiva, pretende-se analisar as características acústicas para a sua utilização actual, substituindo as anteriores direccionadas para o uso como jardim-de-infância.

1.2. ESTRUTURA DA TESE

O presente trabalho está organizado da seguinte forma:

 No Capítulo 1, “Introdução”, é referido o objectivo deste trabalho e elaborado um pequeno enquadramento do tema nas problemáticas mais comuns da acústica, bem como a sua estrutura global.

 No Capítulo 2, “Conceitos acústicos”, são apresentados os principais conceitos e definições para um bom entendimento do conteúdo deste trabalho.

 No Capítulo 3, “Acústica de salas de ensaio”, é feita uma pequena apresentação de alguns estudos existentes, relacionados com salas de ensaio e estúdios para música.

 No Capítulo 4, “Caracterização dos casos de estudo” são apresentadas as características de cada sala e o fim a que se destinam.

 No Capítulo 5, “Resultados”, são apresentados todos os resultados dos ensaios efectuados nas salas de estudo em questão.

 No Capítulo 6, “Legislação e valores ideais”, apresentam-se os valores regulamentares mínimos a cumprir bem como valores ideais na situação da sala de ensaio da banda filarmónica em causa, comparando-os com os valores medidos.

 No Capítulo 7, “Soluções propostas”, são apresentadas pistas genéricas de soluções para as problemáticas em causa, nomeadamente correcção acústica para a sala de ensaio em Castelo de Paiva e Isolamento sonoro para o Centro comercial STOP.

 No Capítulo 8, “Conclusões e desenvolvimento futuros”, são apresentadas conclusões sobre trabalho desenvolvido e apresentadas algumas propostas de trabalhos futuros mais aprofundados sobre salas de ensaio.

 No Capítulo 9, “Referências bibliográficas”, são listadas as referências de suporte para este trabalho.

2

CONCEITOS ACÚSTICOS

2.1.PROPRIEDADES DO SOM

Às vibrações que se propagam no ar, que ao atingir o ouvido humano provocam uma sensação auditiva agradável definem-se como som, no caso de provocar uma sensação auditiva desagradável haverá ruído. Tais vibrações são provocadas pela variação da pressão no meio de propagação das ondas sonoras (normalmente o ar). Esta propagação é estabelecida através da colisão sucessiva entre partículas do meio, sob a forma de ondas esféricas (3D) concêntricas tendo como ponto central a fonte sonora.

Fazendo a analogia com um modelo real, pode-se recorrer à acção de atirar uma pedra a um lago, que origina ondas concêntricas (2D) a partir do ponto de embate (fonte sonora) que se estende até perder toda a sua intensidade, tal como o som (Fig. 2.1).

Fig. 2. 1 - Propagação do som (analogia 2D) [1].

A intensidade sonora (I) pode ser definida como a quantidade média de energia que num segundo atravessa uma área de 1 m2, perpendicular à direcção dessa mesma energia e quantifica-se em W/m2. Esta grandeza permite avaliar a componente direccional do som, representando-o assim por uma grandeza vectorial e não escalar, como no caso da pressão sonora.

À energia total que num segundo atravessa uma esfera fictícia de raio qualquer centrada na fonte sonora, denomina-se por potência sonora (W) e é quantificada em watt (W).

Considerando-se um instrumento musical como um sistema físico que radia ondas sonoras, este facto deve-se à potência sonora fornecida pelo músico ou por um mecanismo ao instrumento que este transformará em som. De toda a potência envolvida neste processo, só uma pequena parte é realmente transformada em som, sendo esta medida em watts, que alguns autores denominam de watts acústicos. O quadro 2.1 apresenta alguns exemplos de potência sonora, que se podem encontrar em instrumentos musicais de uma banda filarmónica.

Quadro 2. 1 - Potência máxima ao ar livre, a uma distância de 3 m [2]. Instrumento Potência (watt) Instrumento Potência (watt)

Bombo 25 Tuba 0,21

Pratos 9,5 Flauta 0,05

Trombone 6,4 Flautim 0,08

Trompete 0,33 Clarinete 0,05

Fig. 2. 2 - Inter-relação entre potência (W), pressão (p) e intensidade (I) [3].

A par destas duas grandezas não se pode esquecer a importância também da pressão sonora, na análise da propagação do som (Fig. 2.2).

Estas grandezas (I, W e p) podem ser relacionadas matematicamente da seguinte maneira (2.1):

=

=

.

Onde, I – intensidade sonora (W/m2); W – potência sonora (W); r – distância (m);

ρ – massa volúmica (ar) 1,2 kg/m3;

c – celeridade (m/s) =

20,045√

O valor mínimo da variação de pressão sonora que um ser humano jovem com audição normal consegue ouvir é de 10-5 Pa, denominado como limiar da audição, sendo que o limiar da dor dá-se para uma variação de pressão de cerca de 100 Pa [3].

A partir dos valores de pressão (p), podem-se obter níveis de pressão sonora (Lp), convertendo-se os valores recorrendo às fórmulas 2.2 e 2.3.

= 20 . log

(2.2)

= 10 . log

Sendo p0 – pressão sonora de referência,

20 × 10

Os níveis de pressão sonora são quantificados em decibel (dB), unidade que é a décima parte do bel. Esta denominação surgiu em honra do cientista Alexander Graham Bell e aparece para colmatar os problemas no uso de escalas lineares em pascal, que conduziriam a valores muito díspares e de uso pouco prático, acrescendo ainda o facto de o ouvido não responder de forma linear aos estímulos mas de uma forma quase logarítmica.

O valor de referência p0 surge como valor de referência e corresponde ao valor do som no ar e mínimo audível, representado na escala decibel pelo valor 0 dB (Fig 2.3).

Fig. 2. 3 - Comparação de valores de pressão sonora em Pascal com valores de nível de pressão sonora em decibel (dB) [adaptado de 4].

Para se caracterizarem certos fenómenos sonoros pode-se recorrer também a outras grandezas medidas em dB. Assim, existem diferentes níveis quando se utilizam outros valores como referência. É o caso dos níveis de intensidade sonora (Li) (2.4) ou dos níveis de potência sonora (Lw) (2.5).

= 10 . log

= 10 . log

Com, I0 = 10-12 W/m2 W0 = 10-12 W

Para perceber a ordem de grandeza dos níveis de intensidade esperados no decorrer do trabalho, apresentam-se no quadro 2.2 os valores correntes e que dependem essencialmente das geometrias da fonte sonora, e da sala em questão.

Quadro 2. 2 - Níveis de intensidade (Li) de alguns sons relacionados com a música [2].

Sons Nível (dB)

Estúdio de gravação 30

Orquestra sinfónica (tutti

fortissimo) 100

Concerto de rock

amplificado 110/120

Quando se combinam várias fontes sonoras em simultâneo, a intensidade sonora é previsivelmente superior à intensidade de cada um deles. No entanto, não se pode calcular a intensidade resultante pela soma aritmética de todas as intensidades, como seria espectável. Se assim fosse, 3 trompas tocando simultaneamente um som forte de 80 dB produziriam um som de 240 dB [2], o que não corresponde à realidade.

Como os níveis de intensidade sonora (dB) são definidos numa escala logarítmica, então os seus valores não se podem somar algebricamente tendo, por isso, necessidade de recorrer a expressões matemáticas para obter o resultado desta mesma soma.

Em caso de existirem duas fontes sonoras, que num determinado ponto produzem o mesmo valor para o nível de pressão sonora (L1) (2.6), o valor resultante da pressão (Lsoma) pode ser determinado recorrendo às seguintes expressões (2.7):

= 10. log

+

= 10. log

2p

p

=

(2.7)

10. log 2 + 10. log

= 3 +

=>

=

+

Admitindo que as fontes sonoras têm níveis de pressão sonora (Li) diferentes, o valor resultante (Lsoma) pode ser determinado a partir da expressão 2.8, podendo usar-se esta como expressão geral para adicionar n níveis.

= 10. log ∑

10

Como curiosidade fica o facto de quando se somam níveis de pressão sonora com diferença superior a 10 dB o resultado final é aproximadamente igual ao nível maior. Logo quando estão vários instrumentos musicais a tocar ao mesmo tempo, silenciar apenas um não influenciará em nada na pressão sonora total, a menos que o instrumento retirado seja o que toca mais intensamente.

2.2.ABSORÇÃO SONORA

2.2.1.GENERALIDADES

A energia das ondas sonoras durante o processo de propagação sofre atenuações provocadas pelo meio que está a atravessar, neste processo ocorrem transformações de energia sonora em outra qualquer forma energética, normalmente a térmica. A absorção de um meio é provocada por perdas de várias origens: perdas pela viscosidade do meio, por condução de calor e por fenómenos de relaxação muscular [2].

Chama-se coeficiente de absorção sonora (α) à grandeza que permite medir e representar a relação existente entre a quantidade de energia sonora absorvida por um determinado material e aquela que realmente nele incide. Assim pode-se definir α pela relação matemática (2.9).

∝=

Na prática pode-se associar a absorção sonora à estrutura interna de um dado material, por exemplo a cortiça é mais absorvente que um azulejo. A quantidade de energia sonora transformada é tanto maior quanto mais poroso for o material onde esta energia incida (Fig 2.4).

Fig. 2. 4 - Representação do fenómeno da absorção, reflexão e transmissão a que “raio” de energia sonora está sujeito, quando atravessa três meios diferentes, o ar e dois materiais constituintes de um elemento construtivo

[4].

Quanto mais poroso for um material, maior é o seu coeficiente de absorção podendo variar entre os valores de 0 e 1, representando superfícies totalmente reflectoras e absorventes respectivamente. No caso da determinação experimental do α podem surgir valores superiores à unidade (impossibilidade física) para materiais muito absorventes. Isto acontece devido à difracção do som nos bordos da amostra que faz parecer (acusticamente) maior [3].

Os sistemas e materiais absorventes sonoros podem dividir-se em três grupos distintos a partir da gama de frequência que estes absorvem nomeadamente:

 Porosos e fibrosos;  Ressoadores;  Membranas.

Estes três tipos de materiais actuam em frequências específicas (Fig. 2.5), sendo os porosos mais eficazes nas altas frequências, os ressoadores mais indicados nas médias e nas baixas são aconselhadas materiais do tipo membranas.

2.2.2MATERIAIS POROSOS E FIBROSOS

Designam-se por materiais porosos e fibrosos, aqueles em que o sólido ocupa apenas parte do volume total, sendo o restante formado por pequenos espaços de ar comunicantes entre si.

O movimento do ar, devido às variações de pressão, transmite-se nestes pequenos espaços onde intervêm a viscosidade do mesmo, amortecendo assim os movimentos provocados e assim introduzindo uma atenuação e respectiva absorção.

Como exemplo de materiais podem-se enumerar as alcatifas, placas de fibra de madeira, aglomerado de cortiça, lã de rocha, lã de vidro, entre outros. Estes materiais apresentam uma absorção crescente com a frequência, sendo normalmente muito reduzida para baixas frequências.

Na fig. 2.6 são apresentados comportamentos da absorção sonora de uma alcatifa delgada do tipo lisa, assente sobre feltro pouco espesso (diagrama 1) e de uma outra mais espessa tipo veludo, assente em feltro também ele espesso (diagrama 2). Como base para ambos os revestimentos tem-se um pavimento rígido.

Da análise destes valores, pode-se concluir a eficácia deste tipo de absorventes sonoros para as altas frequências e a sua dependência com a espessura usada, notando-se o aumento de α de 1 para 2.

Fig. 2. 6 - Características de absorção sonora de alcatifas sobre feltro, aumentando a espessura de 1 para 2 1- Delgada (tipo lisa) 2- Espessa (Tipo veludo) [6].

2.2.3RESSOADORES

Um ressoador de Helmholtz é um sistema formado por uma cavidade (de paredes rígidas) tendo uma única abertura estreita (Fig 2.7). O ar do gargalo é colocado em vibração, entrando e saindo do gargalo, de modo idêntico ao que acontece num sistema mecânico massa/mola (Fig. 2.8). A massa em movimento é a do ar contido no gargalo e a mola é o ar existente no volume interior.

Fig. 2. 7- Esquema básico de um ressoador (Esquema do autor).

Fig. 2. 8 - Sistema mecânico massa/mola [Adaptado de 44].

Quando uma onda sonora atinge a superfície de entrada do gargalo da cavidade ressonante (ex: ressoador de Helmholtz), provoca deslocamentos alternados à massa de ar aí contida, que acompanhados da dissipação de energia provocada por atrito do ar contra a parede do gargalo, definem o processo de absorção em materiais deste tipo.

A frequência de eficácia de um ressoador pode ser obtida pela expressão 2.10. Para melhorar esta eficácia pode-se introduzir material absorvente sonoro no volume interior (Fig 2.9). Este processo além de melhorar a gama de frequências absorvida por estes materiais, também diminui a amplitude da absorção nas médias frequências (Fig. 2.10).

=

Fig. 2. 9 - Ressoador com material absorvente sonoro no interior [4].

Fig. 2 10 - Eficácia de ressoadores sem material absorvente (a) e com material absorvente (b) no interior [9].

Dentro da categoria dos ressoadores, podem-se englobar os ressoadores agrupados. Os exemplos mais vulgares deste tipo de ressoadores são os painéis perfurados metálicos ou de madeira (Fig. 2.11), utilizados principalmente em tectos falsos.

A eficácia destes ressoadores, em termos de frequência, pode ser determinada pela expressão de cálculo 2.11, sendo esta válida para frequências menores que 3400 Hz [3]

Fig. 2. 11 - Esquema da aplicação de ressoadores agrupados em tectos falsos e paredes do The Times Center. (Architects: Renzo Piano Building Workshop. Acoustician: JaffeHolden Acoustics, Norwalk, CT. Photos courtesy

Os furos destes ressoadores funcionam como gargalos e os volumes ressonantes estão inter-conectados formando uma caixa-de-ar, funcionando como se tratasse de uma série de ressoadores individuais.

=

, ).

Sendo, P – percentagem de área perfurada (%); e – espessura da placa perfurada (cm); r – raio de cada perfuração (cm); d – largura da caixa de ar (cm).

Na figura 2.12, são apresentados coeficientes de absorção sonora típicos de um ressoador agrupado, fazendo-se variar a profundidade da caixa-de-ar e o tamanho dos orifícios.

Da análise desses valores, pode-se afirmar que o aumento dos orifícios provoca um aumento de absorção sonora nas frequências mais elevadas. Já o aumento da profundidade da caixa-de-ar provoca uma diminuição do pico de absorção da frequência, como o previsto e anteriormente referido.

Fig. 2. 12 -Valores de coeficientes de absorção sonora típicos para diferentes profundidades da caixa-de-ar e dimensões dos orifícios [7].

Orifícios pequenos, cavidade rasa; Orifícios grandes, cavidade rasa;

Orifícios pequenos, cavidade profunda; Orifícios grandes, cavidade profunda.

2.2.4.MEMBRANAS

As membranas (denominadas também de membranas ressonantes ou painéis vibrantes) são sistemas extremamente eficazes e aconselháveis para atenuação nas baixas frequências (Fig. 2.5). São sistemas que absorvem as ondas sonoras pela vibração de toda a sua estrutura, constituída por grandes áreas de painéis de pequena espessura e atraves de perdas de calor por fricção nas suas fibras quando o material entra em flexão (Fig. 2.13).

A frequência para qual a absorção sonora é máxima para estes materiais, é a frequência de ressonância e pode ser calculável a partir da expressão 2.12 [8].

=

√ . (2.12)

Onde, m – é a massa superficial do painel (Kg/m2); d – caixa-de-ar (m).

Fig. 2 13 - Funcionamento de uma membrana ou painel ressonante [8].

Na figura 2.14 é apresentado um diagrama onde se pode verificar que o acréscimo da espessura da caixa-de-ar limitada pelo painel vibrante resulta na redução do valor da frequência de ressonância [6]. Em conclusão, refere-se que normalmente são associados painéis membrana que absorvem no domínio das baixas frequências, essencialmente por mecanismos de ressonância, com materiais que asseguram a absorção nas frequências elevadas, materiais porosos.

Fig. 2. 14 - Características de absorção sonora de painéis ressonantes de madeira [6]: 1- Caixa-de-ar com 30 mm de espessura

2- Caixa-de-ar com 60 mm de espessura

2.3.TEMPO DE REVERBERAÇÃO

Um dos principais parâmetros acústicos mais importantes numa sala para música é o tempo de reverberação, devido à necessidade destas terem um TR específico para que as notas musicais não sejam entendidas com excessiva clareza.

Este parâmetro (TR) é definido como o intervalo de tempo em que um som demora a decair 60 dB, desde que a fonte sonora deixa de emitir. Na prática, nem sempre se torna possível fazer o decaimento de 60 dB, devido à presença de ruído de fundo. Assim há necessidade de recorrer a um outro parâmetro o TR30, tempo que o som demora a decair 30 dB e, seguidamente, extrapolar para os 60 dB (Fig. 2.15).

a) b)

Fig. 2. 15 - Definição de Tempo de Reverberação (TR), valor teórico (a) e obtido por extrapolação declive (b) [3].

Wallace Clement Sabine (13 de Junho de 1868 - 10 de Janeiro de 1919) foi um físico norte-americano, que propôs a primeira fórmula de cálculo para o tempo de reverberação (2.13), formulação essa que mereceu seu nome e que, ao longo dos anos, tem sofrido algumas adaptações para situações especiais como Carvalho (1994), para igrejas, Eyring para locais onde as superfícies têm todas coeficientes de

absorção sonora semelhantes, Millington-Sette para locais onde haja diferenças significativas entre os coeficientes de absorção, entre outras.

No presente trabalho, para o cálculo do tempo de reverberação utiliza-se a fórmula de Sabine, visto ser a mais usada na especialidade.

=

Com: TR - Tempo de reverberação (s); V - Volume do compartimento (m3); A - Absorção sonora equivalente (m2);

A = ∑

α

. S

α - Coeficiente de absorção sonora do material (sem unidades); S – Superfície do material (m2).

A constante (K) de 0,16 pode ser calculada segundo a expressão (2.14), onde c representa a celeridade do ar em m/s e depende da temperatura, como apresentado anteriormente (capítulo 2.1). O constante K assume o valor de 0,16 para a temperatura de 24 ºC, já para o valor de 13 ºC, obtém-se o valor de 0,163.

=

A análise do TR reveste-se de grande importância devido aos seus efeitos, podendo estes serem positivos ou negativos numa sala para música, nomeadamente:

 Aumenta o nível sonoro, por acréscimo do som reflectido ao som directo – Efeito positivo;  Mascara os sons directos, por sobreposição dos sons reflectidos – efeito negativo na maioria

das situações.

No caso das salas de música, o tempo de reverberação tem de ser ligeiramente superior ao das salas para a palavra. Dentro dos vários estilos de música e períodos musicais são definidos diferentes tempos de reverberação como ideais (Fig. 2.16), tendo os valores mais baixos para a ópera e os mais elevados para a música sinfónica romântica, já para não falar na maioria da música para órgão.

Fig. 2. 16 - Tempos de reverberação ideais em função do uso (p/ 500, 1000 Hz) [Cavanaugh, 1999] [3].

No entanto, nem só o valor do tempo de reverberação para a gama de frequências médias é que determina uma boa qualidade sonora, interessando também a forma de variação dos valores de TR em função da frequência. Na figura 2.17 é apresentado o diagrama dando as formas de variação, do tempo de reverberação para as várias frequências, consideradas mais adequadas [6].

Fig. 2. 17 - Tempo de reverberação ideal numa sala para música para as diferentes frequências [6].

A “vida” de uma sala depende essencialmente da conjugação dos tempos de reverberação para as altas e médias frequências, denotando assim a importância do conhecimento do diagrama da figura 2.17. Uma sala com pouca reverberação nas baixas frequências continuará a ser uma sala com “vida”. O facto de absorver mais nas frequências graves está associado ao “calor” da sala, outra das características subjectivas associadas ao tempo de reverberação das diferentes frequências.

Esta característica está associada à relação entre o tempo de reverberação nas baixas frequências e o tempo de reverberação nas médias. Utilizando materiais absorventes nas baixas frequências pode, por isso, alterar o “calor” de uma sala para música.

2.4.REFLEXÕES E GEOMETRIA DO ESPAÇO

Quando uma onda encontra um obstáculo de grandes dimensões relativamente ao seu comprimento de onda, como no caso de uma parede plana e rígida, a onda é reflectida (Fig. 2.18).

Fig. 2. 18 - Exemplo de uma onda reflectida ao incidir numa parede plana e rígida [43].

Numa sala existe som de dois tipos: som directo e reverberado. É considerado som directo, todo aquele que se propaga em campo livre, enquanto o som reverberante é o som equivalente ao campo reverberante (proveniente de reflexões). O equilíbrio entre estes distingue uma boa sala de uma má sala para música.

Quando se está próximo de um instrumentista, é possível ouvir o som exactamente como é produzido, o que se ouve é basicamente som directo. À medida que o ouvinte se afasta do instrumento, o som ouvido deixa de ser só o directo, contendo também som as primeiras reflexões e som reverberante (Fig. 2.19).

Fig. 2. 19 - Propagação de um som considerando som directo, primeiras reflexões e som reverberante [2].

No caso da música, a qualidade desta pode ser gravemente prejudicada quando existem reflexões e ecos, pois estes mascaram os sons directos. Os ecos resultam de reflexões indesejadas e aumentam o nível sonoro, devido ao prolongamento sofrido pelo som (Fig. 2.20).

Fig. 2. 20 - Crescimento do nível sonoro provocado pela existência de reflexões indesejáveis [4].

Uma característica subjectiva importante no estudo das dimensões e reflexões de uma sala é a intimidade. Considera-se que uma sala tem intimidade acústica, se a música nela executada soa como se fosse executada numa sala pequena, mesmo que esta não o seja.

Para se corrigirem as reflexões indesejadas de ondas sonoras, podem-se utilizar os materiais anteriormente enumerados (porosos, ressoadores e membranas), sendo necessário um estudo prévio para localizar os mesmos na sala em estudo.

2.5.RUÍDO DE FUNDO E INCOMODIDADE

O ruído de fundo pode ter origem em várias fontes sonoras (Fig. 2.21), nomeadamente em canalizações, elevadores, equipamentos individuais de aquecimento ou climatização (interiores ao edifício), portas automáticas, transformadores eléctricos, entre outros.

A incomodidade de um local interior pode ser avaliada recorrendo a Curvas de Incomodidade (NC, NR, RC, NCB, etc). O uso destas curvas requer a medição dos níveis de pressão sonora nos locais mais ruidosos de cada sala (de preferência à altura dos ouvidos dos ouvintes). De notar que a utilização desta curva está associada a um ruído de fundo estável e contínuo como no caso de sistemas de ar condicionado e não a ruídos de actividade produzidos pelos ocupantes de um determinado local. As curvas mais usadas para avaliação da incomodidade são a curva NC (NOISE CRITERION) e NR (NOISE RATING).

 NC – Trata-se de uma curva (Fig. 2.22, esquerda) proposta em 1957 por Leo Baranek (EUA). Esta curva é definida pelos seus níveis de pressão sonora em oito bandas de 1 oitava, entre os 63 Hz e os 8 kHz. A classificação NC para uma situação (por exemplo, NC-60) significa que nenhum valor dos níveis de pressão medidos, ultrapassa o valor da curva correspondente a NC-60 sendo esta, tangente ao máximo valor de L medido para as respectivas frequências. De referir que se trata de uma curva a cair em desuso, embora de uma forma gradual.

 NR – Esta curva (Fig. 2.22, direita) é das mais utilizadas na Europa e foi proposta em 1962 por Kosten & Van Os. Trata-se de uma curva muito semelhante à curva NC e foi institucionalizada em 1971 por norma ISO. Esta utiliza bandas de frequências de 32 Hz a 8kHz e os valores são obtidos pelo método da tangente já referido na curva NC.

a) b)

Para avaliação da incomodidade para terceiros, é necessário medir os valores do ruído residual (LAeq ruído residual), ruído ambiente medido sem a fonte sonora perturbadora e ruído particular (LAeq ruído particular), ruído medido com a fonte perturbadora.

A “diferença” (2.15) entre estes dois valores terá de ser inferior a 3, 4 ou 5, no caso de se tratar de uma medição à noite, ao entardecer e durante o dia respectivamente.

Considera-se como período nocturno das 23 às 7 horas, como período do entardecer das 20 às 23 horas e como período diurno das 7 às 20.

í

+

+

−

≤ 3 (4

5) +

Sendo, D parâmetro (com valores de 0 a 4 dBA) escolhido em função da relação ente a duração acumulada de ocorrência de ruído particular e a duração total do período de referência em causa;

Ktonal = 3 dB(A) se pelo menos uma banda de 1/3 oitava sobressair em pelo menos 5 dB em relação às duas bandas adjacentes, na gama dos 50 Hz aos 8000 Hz e avaliado com filtro A;

Kimpulsivo = 3 dB(A) se LAeq medido em resposta impulsive - LAeq medido em resposta fast for superior a 6 dB.

O texto acima exposto só se aplica na totalidade em caso do LAeq ruído particular for superior a 27 dB (no interior) e 45 dB (no exterior) cfr. Artº 13º pt.5 [3].

2.6.ISOLAMENTO SONORO

2.6.1.CARACTERIZAÇÃO DE SITUAÇÕES

Tratar de um isolamento sonoro é admitir a ocorrência de um processo de transmissão entre um local emissor e um receptor [6]. Convém, por isso, especificar os diferentes tipos de ruído bem como a sua forma de transmissão, para posterior correcção.

Assim podem-se distinguir acções de choque (arrastar móveis, bater de pés no pavimento) associadas a ruídos de percussão (Fig. 2.23 - direita) e aqueles que não implicam contacto directo entre a fonte sonora e os elementos de construção (audição de música de um rádio, conversa entre uma ou mais pessoas), denominados de ruídos aéreos (Fig. 2.23 - esquerda). Esta distinção reveste-se de grande importância, devido ao facto do isolamento sonoro a utilizar depender directamente do tipo de ruído a corrigir.

Ainda, no processo de transmissão entre dois locais, há que distinguir entre a que se verifica directamente (via directa) e a que ocorre por contorno de elementos que estejam interligados (via marginal) (Fig. 2.24). A diferenciação entre estes dois processos de transmissão explica a disparidade entre valores de isolamento de um elemento medido em laboratório (onde não existem transmissões marginais) e os valores que se verificam na realidade, onde podem ocorrer transmissões marginais significativas.

a)

b)

Fig. 2. 23 - Diversas situações de transmissão de ruídos aéreos (a) e de percussão (b) [9].

Fig. 2. 24 - Transmissões por via directa (TD) e por via marginal (TM) [43].

2.6.2ISOLAMENTO SONORO A RUÍDOS DE CONDUÇÃO AÉREA

Tendo por exemplo duas divisões adjacentes ou sobrepostas, em que numa delas existe uma fonte sonora, que se vai propagar para a outra, há que considerar as possíveis transmissões, directas e marginais, como referido anteriormente, e as que se possam processar através de fendas ou poros no elemento de separação.

A massa e a duplicação física do elemento (Fig. 2.25) são duas particularidades importantes na caracterização do comportamento acústico de um determinado elemento. Em termos gerais, podem ser considerados os dois grandes meios para aumentar o isolamento sonoro a ruídos aéreos.

Fig. 2. 25 - Esquemas básicos de funcionamento do isolamento sonoro a ruídos de condução aérea (aumento da massa e duplicação do elemento) [3].

O isolamento sonoro bruto D (2.16), que representa o isolamento sonoro efectivamente percepcionado sem qualquer correcção do elemento separador, pode ser determinado in situ, a partir de medições do nível de pressão sonora no emissor (Le) e no receptor (Lr), sendo a diferença o valor do isolamento real do elemento em estudo.

=

−

Este valor de D pode não corresponder totalmente ao valor de isolamento sonoro do elemento construtivo. Este factor deve-se essencialmente a não contabilização das transmissões marginais, sendo o valor do isolamento efectivo ligeiramente superior ao valor de D.

O quadro seguinte relaciona o valor de isolamento geral de um elemento construtivo, com a audibilidade na divisão receptora.

Quadro 2. 3 - Relação entre o isolamento sonoro efectivo de um elemento de separação e as condições de audibilidade no compartimento receptor [adaptado de 6 e 3].

Isolamento sonoro (dB) Condições de Audibilidade

30

Entende-se a voz em nível normal, permitindo compreender o que se diz, se bem que ouvido com

bastante atenuação.

35 A situação de compreensão anterior só é possível com

esforço e atenção por parte de quem escuta.

40 Ouve-se a voz em nível normal, mas não se compreende o

que está a ser dito.

45 A voz com um nível normal não é audível na divisão

receptora.

50 Os sons da televisão não são incomodativos no receptor.

60 Difícil ouvir até sons muito intensos. Só sons do tipo

O isolamento sonoro a ruídos de condução aérea em paredes interiores, é determinado recorrendo a ensaios normalizados (NP EN ISO 140-3 e 4), onde se emite um ruído rosa 1 (cerca de 100 dB). O isolamento medido (bruto) é então corrigido para o tempo de reverberação do compartimento receptor padronizado para T0 (0,5 seg.) obtendo DnT (2.17), isolamento padronizado para cada banda de frequência, usando os valores medidos do tempo de reverberação no local receptor (T).

=

−

+ 10.

No caso de se estar a analisar elementos exteriores, o parâmetro usado para quantificar o isolamento sonoro é D2m,nT,w (até 2008 era utilizado o D2m,n,w).

A determinação experimental deste parâmetro (2.18) é feita através da medição dos níveis médios de pressão sonora no exterior, medidos a 2 m da fachada (L1,2m) e no interior do edifício (L2), corrigindo-se para um tempo de reverberação T0 obtendo-se o parâmetro D2m,nT.

2 ,

=

−

+ 10. log

Ambos os valores resultantes das expressões matemáticas 2.16 e 2.17 são ajustados com a curva NP-717-1 (Fig 2.26), obtendo-se os valores regulamentares de DnT,w e D2m,nT,w respectivamente.

Fig. 2. 26 - Curva de valores de referência para ruídos de condução aérea (para o cálculo de DnT,w e D2m,nT,w) [3].

1

2.6.3.ISOLAMENTO SONORO A RUÍDOS DE PERCUSSÃO

A análise que se segue limita-se a pavimentos. Efectivamente, os choques em elementos de separação verticais são quase nulos, a não ser batimentos de portas, que são facilmente minimizáveis com a aplicação de materiais resilientes nos batentes. Por outro motivo, porque o homem vive sobre o solo e actua mecanicamente sobre este (Fig. 2.27).

Fig. 2. 27 - Situação específica de criação de ruídos de percussão [43].

Por estes factos, os ruídos resultantes de percussão de pavimentos são considerados como os mais incomodativos e que dão lugar a mais reclamações por parte das pessoas afectadas.

Para corrigir os ruídos de percussão, actuar na massa do elemento construtivo não tem grande efeito na propagação do ruído. A maneira mais eficaz para melhorar o isolamento nestes casos é actuar sobre os revestimentos das superfícies, tornando-os mais resilientes, ou sobre a continuidade dos elementos, cortando-os, reduzindo a capacidade de propagação dos estímulos (Fig. 2.28).

Fig. 2. 28 - Esquema de funcionamento do isolamento sonoro a ruídos de percussão [3].

Para se obter valores de isolamento sonoro a ruídos de percussão de uma laje podem-se utilizar duas metodologias: